丁万胜 雷东升 翟俊哲
郑州财经学院 土木工程学院 河南郑州 450000
摘要：混凝土在初凝时间内浇筑都可看作为一次混凝土浇筑，而大于初凝时间的混凝土之外浇筑的混凝土是否还能和整体浇筑的混凝土强度一致，以此延申，在框架结构或者框剪结构内在楼层与楼层之间建造时，都是分开浇筑的。本文通过分析不同时间段内浇筑的钢筋混凝土、混凝土、以及不同强度等级的混凝土等得出较一次混凝土来说强度有所下降的结论。主要体现在剪力方面，所以在设计框架柱或者剪力墙的剪力时需对剪力做一定的折减，使其达到设计标准。在装配式结构中体现在不同时间段浇筑的混凝土形成的连接处如一些预制混凝土连接截面或预制梁与现浇板的相交的截面的剪力传递及抗剪问题。
关键词：混凝土、不同时间、浇筑、强度、剪力
根据框剪、剪力墙、框架等三种结构分别的特点，发现出了在结构在层与层之间混凝土之间的连接处的一些截面连接问题。本文针对此问题，设计实验来验证不是同一时间浇筑的混凝土对剪力的影响最后得出结论。
一.框架、框剪结构的特点
在现代化的高层建筑设计中框架结构是种广泛采用的结构形式,主要布置该结构的方法是灵活的运用梁、板、柱结构的构成的形式,可以充分满足建筑的功能。框剪结构是一种承受荷载的框架新形式结构，主要由剪力墙和框架共同构成。所以框剪结构中的框架和剪切墙和不完全相等于框架结构中的框架,同样和剪力墙结构中的剪力墙也是不完全相同的。外界的水平力主要由框剪结构中的剪力墙来抵抗。
框剪结构的主要设计高层内容是要注意抵抗水平力的剪力墙分布要结合框架之间相互结合和变形特点的框剪结构。为了确保高层框剪结构抗震设计要求，对剪力墙和框剪结构的施工必须进行合理的设计。但不管时框架还是框剪结构楼层与楼层之间都不能做到混凝土的一次浇筑。
二.混凝土的凝固及强度特点
混凝土指以用适当的比例加入水泥、水、石子、砂为骨架，掺入一些矿物掺合料和外加剂，经过均匀的搅拌、养护形成坚硬密实的人造石材。?混凝土在形成硬化的过程中具体可以分为两个阶段的状态：1.塑性状态，凝结硬化前的状态2.坚硬的硬化状态。第一种状态对应的是混凝土的初凝时间，第二种状态对应的是混凝土的终凝时间，诸多的混凝土实验可以证明出，混凝土的凝结时间（初凝时间、终凝时间）较接近于其使用的水泥种类的凝结时间。
混凝土的初凝时间。终凝时间分别在1.5—2h、7—9h之间。混凝土的标准强度是用边长为150mm的立方体在相对湿度在95%以上、温度在18—22℃的条件下标准养护，至少需要28d的养护时间，标准的立方体混凝土抗压强度就是用此试件试验所测得的极限抗压强度。由于混凝土的剪切破坏是由主拉应力所引起的破坏，所以混凝土的抗拉强度要远小于其抗剪强度。而且抗剪强度的大小只能通过强度理论分析求得，无法从实验直接测定得出。其值约为抗拉强度的2.5倍，约为抗压强度的1/6～1/4。
三.实验不同时间段之间凝结连接的混凝土强度
3.1实验材目的
制作特殊试件，设置多种不同的时间段凝结时间段的组合结构测试其混凝土的抗拉强度从而得出混凝土的抗剪强度大小。在混凝土设计时不管是极限承载状态还是正常使用状态，要利用的都是最小的标准值，以保证结构的稳定，在做实验之前不知道那种实验（抗拉强度、抗压强度）计算的数值最小，所以分别对其制作试件。
3.2实验方法
3.2.1试件的确定
按标准试验方法进行混凝土的基本力学性能实验：抗压强度、抗拉强度及弹性模量等,抗压强度、弹性模量、抗拉强度分别使用的试件为100mm×100mm×100mm、100mm×100mm×300mm和100mm×100mm×500mm，测定方法采用直接拉伸法进行试验。除此之外，在模具的长边两侧对称放置弧形预埋挡板，底长为150mm,高为25mm的模具,才能得到在中间处截面最小的试件,大小为50mm×100mm,采用这种抗拉试件可以使我们在试验时加荷和制作较为方便,易于控制破坏的位置,采用这种尺寸的试件使用压力试验机进行测试,为了能够测出离散性相对较小的抗拉强度.试件在实验室中脱模后养护前应适当做洒水处理自然养护28d,试验龄期为160d。
3.2.2试件的处理
本实验所使用不同的C30混凝土组合类型分别为:在初凝时间内间断浇筑、在终凝时间内间断浇筑、完全凝固后浇筑、混凝土标准养护28d后在浇筑另一半四中种情况模拟分别用A、B、C、D表示。实验抗拉强度时同理也可设置四种方案分别用A1、B1、C1、D1表示。
因为本实验要确定不同混凝土在不同时间浇筑时的强度，所以在模具上做特殊的处理。抗压强度试验采用试件用100mm×100mm×100mm的立方体测定，采用的方案是先浇筑一半的混凝土之后再浇筑另一半标准养护28d。抗拉强度试验所采用的试件为100mm×100mm×500mm，在制作抗拉强度构件时不能先浇筑50mm×100mm×500mm，而应该是100mm×100mm×250mm。主要考虑的是到现场试验时是要作为竖向构件进行。
3.3实验结果及分析
3.3.1实验数据整理
抗压强度的实验主要在压力试验机上进行，为了能使试件的承压面与成型时的顶面垂直，要使试件安放在试验机的垫板或下压板上。让其构件接触均衡，试验前试件要做对中处。，开动试验机，调整球座当上压板与试件或钢垫板接近时，即可。试验过程中应满足以下要求（1）必须均匀的增加荷载；（2）混凝土强度等级小于C30，加荷速度取0.3/min~0.5/minMPa；（3）混凝土强度等级在C30及以上时且小于C60，取0.5/min~0.8/minMPa；（4）混凝土强度等级大于C60时，取0.8/min~1.0/minMPa。
试件开始发生较大变形接近破坏时，应立即停止调整试验机的油门直到破坏完全，记录破坏时荷载数据。收集完数据，按下列公式进行计算立方体抗压强度：
式中： ：混凝土立方体试件抗压强度（MPa）；
F：试件破坏荷载（N）；
A：试件承压面积（㎡）。
实验数据如下表3-1：
表3-1抗压强度（MPa）
试件种类
试件标号 C30 A B C D
1 30.0 30.1 30.1 30.2 29.9
2 30.0 30.3 29.5 30.4 30.5
3 30.0 29.8 29.7 30.1 30.6
按照混凝土混凝土抗压强度计算剪力的计算方法可计算处抗剪强度计算表分别用a、b、c、d如下表3-2：
表3-2抗压强度-剪力计算表（MPa）
试件种类
试件标号 C30 a b c d
1 5.0 5.02 5.02 5.03 4.98
2 5.0 5.05 4.92 5.07 5.08
3 5.0 4.97 4.95 5.02 5.10
混凝土轴心抗拉强度就是混凝土试件受拉力后断裂时所承受的最大负荷载/截面积的应力值，用fct（MPa）表示。混凝土轴心抗拉强度有劈裂试验、直接测试法两种测试的方法。在这里我们使用通过预埋在试件轴线两端的钢筋钢模浇筑成型的100mm×100mm×500mm 的棱柱体试件直接测试。对试件均匀的施加拉力，用混凝土试件破坏时的平均拉应力计算出其轴心抗拉强度。实验数据如下表3-3
表3-3抗拉强度表（MPa）
试件种类
试件标号 C30 A1 B1 C1 D1
1 1.43 1.42 1.36 1.30 1.30
2 1.43 1.43 1.35 1.33 1.29
3 1.43 1.44 1.37 1.31 1.27
按照混凝土混凝土抗拉强度计算剪力的计算方法可计算处抗剪强度计算表分别用a1、b1、c1、d1如下表3-4：
表3-4抗拉强度-剪力计算表（MPa）
试件种类
试件标号 C30 a1 b1 c1 d1
1 3.58 3.55 3.40 3.25 3.25
2 3.58 3.58 3.38 3.33 3.23
3 3.58 3.60 3.43 3.28 3.18
3.3.2数据分析
通过对照表3-2和表3-4可以看出对同样都是C30的混凝土强度，利用抗拉强度计算和用抗压强度计算出的数值差别很大，主要与前后分别浇筑的混凝土受力有很大的关系，抗压实验对混凝土施加的是压力，而经过凝固之后浇筑的混凝土可间接看作为两块混凝土利用胶凝材料连接到一起，但是两者的间距并不会像一次混凝土那样密实，所以在抗压强度上，不同时间浇筑的混凝土并不会有太大的变化，导致计算的剪力与实际剪力相差很大。混凝土与混凝土之间存在的粘结力是由、范德华力、机械咬合力、等化学键力和物理力组成的[ 《新老混凝土的粘结机理初探》 田稳苓1赵国藩2
]，所以我认为对于不同时间浇筑的水泥混凝土的粘结作用,可以将先浇筑的水泥混凝土的粘结界面看作一个大的集料,与之后浇筑的水泥混凝土之间形成一个类似但不重合的截面。但是因为两次浇筑的原因，两者的范德华力必定达到不了较高水平,那么后浇筑的水泥混凝土也必定不能与先前浇筑的水泥混凝土有充分密切地接触,因此,这也是浇筑水泥混凝土时必须有良好的振实工艺的原因之一。而机械咬合力的大小与先后浇筑混凝土的接触面积有关，接触面积越大,则机械咬合力越大，反正则越小。由此可知后浇筑的水泥混凝土与先浇筑的混凝土连接部分的粘结力完全不能与一次浇筑的混凝土相比，所以导致其抗拉强度、抗剪强度小于一次浇筑的混凝土。
通过表3-4可知在不是一次混凝土浇筑的时候，混凝土的强度是达不到实际值的其值大约是实际值的0.89倍，因为不是一次浇筑的混凝土，其必然存在有明显的连接部分所以这部分的粘结力有所下降，所以就必然会对混凝土的抗剪强度有一定的折减我们在设计时，需要对已知剪力添加一个折减系数，所以实际的剪力为：
式中:剪力设计实际值（MPa）。
：折减系数。
:剪力设计标准值（Mpa）。
而影响粘结力的影响因素有横截面积、水泥种类、混凝土强度以及混凝土骨料有关，所以每一种混凝土的折减系数都有所不同，对重要性系数较高的建筑、高层超高层建筑、常年具有风荷载的建筑、地震频发等对剪力要求比较严格的建筑在设计时需对折减系数进行试验得出，计算出实际的剪力值。
在装配式结构中，叠合板式的剪力墙等需要在现场浇筑一部分混凝土的叠合结构,水平缝处的界面会出现新旧混凝土叠合面,类似于现浇混凝土结构中的施工缝，这些都属于非一次混凝土，所以在装配式结构中非一次混凝土所带来的影响较大，且不应被忽略。现在装配式剪力墙结构的水平缝抗剪问题的计算方法大多数基于剪切摩擦理论[ 《装配式混凝土剪力墙结构水平缝抗剪机理及承载力计算方法综述》 赵作周1 周剑2 侯建群3 任宝双4
]。剪切摩擦理论是指在剪力作用非一次混凝土得相交界面时,两个不同的界面会发生相对滑移,如果两截面粗糙程度不一致,则截面在相对滑移的同时还会发生相对的分离,在剪切摩擦模型中穿过截面的钢筋中产生拉力,同时给混凝土截面施加压力,作用于截面上的压力所产生的混凝土截面摩擦力将抵抗一部分的剪力。因为剪切摩擦理论的原因，所以装配式建筑的折减系数会比一般的现浇素混凝土大，与钢筋混凝土之间有待进一步研究。
四.结语
钢筋混凝土有较好的耐久性和强度、性能可调整范围大、材料来源广泛、在硬化之前有很好的塑性、且施工工艺简易、多变等优点，但是目前将混凝土连接的技术还不成熟，而且由于施工原因楼层与楼层之间也不能做到完全的紧密结合，尽管在一般的设计中因箍筋和纵向钢筋的存在能够与混凝土剪力减弱相互弥补，但是在安全系数较高的建筑依然不能忽略其存在。而不同强度的混凝土强度的连接处的剪力强度、以及装配式建筑的接口的剪力问题，依然是我们的研究方向。